CN116928237A - 可脱开的单向式楔块离合器 - Google Patents

可脱开的单向式楔块离合器 Download PDF

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Abstract

一种驱动系统包括内座圈构件和外座圈构件。第一可脱开的楔块离合器设置在内座圈构件和外座圈构件之间，该第一可脱开的楔块离合器具有驱动方向和自由旋转方向。第二可脱开的楔块离合器设置在内座圈构件和外座圈构件之间，该第二可脱开的楔块离合器具有与第一可脱开的楔块离合器的驱动方向和自由旋转方向相反的驱动方向和自由旋转方向。

Description

可脱开的单向式楔块离合器
技术领域
本公开涉及一种可脱开的单向楔块离合器以及一种具有两个可脱开的单向楔块离合器的双楔块离合器系统，这两个可脱开的单向楔块离合器被设计成沿相反的旋转方向递送扭矩或者简单地改变内座圈相对于外座圈的相对角度位置。
背景技术
本节中提供的信息是为了总体上呈现本公开的背景的目的。当前署名的发明人的工作，就其在本节中所描述的程度而言，以及在提交时可能不另外构成现有技术的该描述的各方面，既不明确地也不隐含地被认作抵触本公开的现有技术。
楔块离合器（sprag clutch）是具有内座圈和外座圈的自由轮驱动装置，内座圈和外座圈中的任一个可以是输入或输出构件。输入构件可以布置成沿所选方向驱动输出构件并准许输出构件沿相反方向超越。楔块离合器能够在小的整体尺寸内传递大的扭矩。
楔块离合器包括成形的钢楔块的阵列，这些钢楔块位于同心的内座圈和外座圈之间的环形空间中。通过楔块在一个座圈和另一座圈之间的楔入作用，将动力从该一个座圈传递到该另一座圈。每个楔块是如此成形以至于一个座圈沿‘驱动’方向的旋转引起楔块倾斜，因此将扭矩全部从一个座圈传递到另一座圈。相反地，座圈沿另一方向的旋转释放楔块并准许座圈之间超越。
发明内容
一种驱动系统包括内座圈构件和外座圈构件。第一可脱开的楔块离合器设置在内座圈构件和外座圈构件之间，该第一可脱开的楔块离合器具有驱动方向和自由旋转（freewheeling）方向。第二可脱开的楔块离合器设置在内座圈构件和外座圈构件之间，该第二可脱开的楔块离合器具有与第一可脱开的楔块离合器的驱动方向和自由旋转方向相反的驱动方向和自由旋转方向。
根据本公开的进一步方面，一种楔块离合器包括：内座圈构件；外座圈构件；被支撑在内座圈构件和外座圈构件之间的多个楔块，这些楔块中的每一个具有支撑区域和楔形表面，其中，凹部设置在该楔形表面中。可膨胀环被接收在所述多个楔块中的每一个的凹部中。
根据进一步方面，一种供在楔块离合器中使用的楔块包括金属本体，该金属本体具有支撑区域，该支撑区域在每一端中具有一对凹部，该对凹部各自限定支撑凸台。该金属本体进一步包括楔形表面，该楔形表面具有设置在楔形表面中的凹部。
本发明提供以下技术方案：
1. 一种驱动系统，其包括：
内座圈构件；
外座圈构件；
第一可脱开的楔块离合器，其设置在所述内座圈构件和所述外座圈构件之间，所述第一可脱开的楔块离合器具有驱动方向和自由旋转方向；以及
第二可脱开的楔块离合器，其设置在所述内座圈构件和所述外座圈构件之间，所述第二可脱开的楔块离合器具有与所述第一可脱开的楔块离合器的所述驱动方向和所述自由旋转方向相反的驱动方向和自由旋转方向。
2. 根据方案1所述的驱动系统，其中，所述第一可脱开的楔块离合器和所述第二可脱开的楔块离合器各自包括脱开机构以用于防止所述第一可脱开的楔块离合器和所述第二可脱开的楔块离合器沿驱动方向接合。
3. 根据方案2所述的驱动系统，其中，所述脱开机构包括可膨胀环，所述可膨胀环接合相应的第一可脱开的楔块离合器和第二可脱开的楔块离合器的楔块并且当膨胀时防止所述楔块接合所述内座圈构件。
4. 根据方案3所述的驱动系统，其中，所述脱开机构包括柱塞，所述柱塞设置在所述内座圈构件的中空腔中并且具有凸轮表面，所述凸轮表面接合设置在所述内座圈构件中的相应的窗口开口内并且能够与所述可膨胀环接合的多个球，其中，所述柱塞在所述内座圈构件内的移动使所述球从所述窗口开口径向向外延伸并使所述可膨胀环膨胀以使所述楔块与所述内座圈脱开。
5. 根据方案4所述的驱动系统，其中，所述柱塞通过液压、气动、电磁和机械致动器中的一种来致动。
6. 根据方案1所述的驱动系统，其中，所述第一可脱开的楔块离合器和所述第二可脱开的楔块离合器各自包括具有用于接合所述内座圈构件的楔形表面的多个楔块，并且所述多个楔块各自包括所述楔形表面内的凹部，其中，可膨胀环被接收在所述楔块中的每一个的凹部中。
7. 根据方案6所述的驱动系统，其中，所述凹部在所述楔形表面内基本上居中。
8. 根据方案3所述的驱动系统，其中，所述楔块在相对两端处由所述第一可脱开的楔块离合器和所述第二可脱开的楔块离合器中的每一个的一对激发环支撑。
9. 一种楔块离合器，其包括：
内座圈构件；
外座圈构件；
被支撑在所述内座圈构件和所述外座圈构件之间的多个楔块，所述楔块中的每一个具有支撑区域和楔形表面，其中，凹部设置在所述楔形表面中；以及
环，其被接收在所述多个楔块中的每一个的所述凹部中。
10. 根据方案9所述的楔块离合器，其中，所述环由弹簧钢制成。
11. 根据方案8所述的楔块离合器，其中，所述环是开口环。
12. 根据方案9所述的楔块离合器，其进一步包括用于防止所述多个楔块沿驱动方向接合的脱开机构。
13. 根据方案12所述的楔块离合器，其中，所述脱开机构使所述环膨胀以防止所述楔块接合所述内座圈构件。
14. 根据方案13所述的楔块离合器，其中，所述脱开机构包括柱塞，所述柱塞设置在所述内座圈构件的中空腔中并且具有凸轮表面，所述凸轮表面接合设置在所述内座圈构件中的相应的窗口开口内并且能够与所述环接合的多个球，其中，所述柱塞在所述内座圈构件内的移动使所述球从所述窗口开口径向向外延伸并使所述可膨胀环膨胀以使所述楔块与所述内座圈脱开。
15. 根据方案13所述的楔块离合器，其中，所述柱塞通过液压、气动、电磁和机械致动器中的一种来致动。
16. 根据方案9所述的楔块离合器，其中，所述多个楔块在相对两端处由一对激发环支撑。
17. 根据方案9所述的楔块离合器，其中，所述凹部在所述楔形表面内基本上居中。
18. 一种在楔块离合器中使用的楔块，所述楔块包括：
本体，其具有支撑区域，所述支撑区域在每一端中具有一对凹部，所述一对凹部各自限定支撑凸台，所述本体进一步具有楔形表面，所述楔形表面具有设置在所述楔形表面中的凹部。
19. 根据方案18所述的楔块，其中，所述凹部在所述楔形表面内基本上居中。
20. 根据方案18所述的楔块，其中，所述本体由金属制成。
本公开的进一步的适用领域将从详细描述、权利要求书和附图变得显而易见。详细描述和特定示例仅旨在用于图示的目的而非旨在限制本公开的范围。
附图说明
本公开将从详细描述和附图变得被更充分地理解，其中：
图1是用于轴的双楔块离合器系统的纵向截面图；
图2是根据本公开的原理的双楔块离合器系统的第一楔块离合器组件的截面图；
图3是根据本公开的原理的双楔块离合器系统的第二楔块离合器组件的截面图；
图4是根据本公开的原理的示例楔块离合器组件的透视图；以及
图5是根据本公开的原理的示例楔块离合器构件的透视图。
在附图中，附图标记可被重复使用以识别类似和/或相同的元件。
具体实施方式
参考图1，现在将描述具有双楔块离合器系统12的示例扭矩传递系统10的纵向截面图。扭矩传递系统10包括内座圈构件14和外座圈构件16。内座圈构件14和外座圈构件16可以是驱动系统的分开的驱动或从动构件。内座圈构件14和外座圈构件16可通过一对相反地定向的、可脱开的楔块离合器18、20彼此驱动地接合。外座圈构件16可以通过一对轴承22可旋转地支撑在内座圈构件14上。
参考图2，第一楔块离合器18布置成当内座圈构件14例如沿逆时针方向旋转时将扭矩从内座圈构件14传递到外座圈构件16，如图2中所图示的。相反地，当内座圈构件14沿顺时针方向旋转时，第一楔块离合器18布置成不将扭矩传递到外座圈构件16，使得第一楔块离合器自由旋转。
特别地，第一楔块离合器18包括楔形钢楔块30的阵列，这些钢楔块位于内座圈构件14和外座圈构件16之间的环形空间中。通过楔块30在内座圈构件14和外座圈构件16中的一个和另一个之间的楔入作用，将动力从内座圈构件14和外座圈构件16中的该一个传递到该另一个。每个楔块30是如此成形以至于内座圈构件14和外座圈构件16中的一个沿“驱动”方向的旋转引起楔块30倾斜到楔入位置，因此将扭矩全部从一个座圈传递到另一座圈。相反地，内座圈14和外座圈16中的该一个沿另一方向的旋转释放楔块并准许内座圈14和外座圈16之间超越。
第二楔块离合器20与第一楔块离合器18相反地布置，使得当内座圈构件14沿逆时针方向旋转时，如图3中所观察的，第二楔块离合器20布置成不将扭矩传递到外座圈构件16，使得第二楔块离合器自由旋转。相反地，当内座圈构件14沿顺时针方向旋转时，第二楔块离合器20布置成将扭矩传递到外座圈构件。
与第一楔块离合器18相同，第二楔块离合器20包括楔形钢楔块30的阵列，这些钢楔块位于内座圈构件14和外座圈构件16之间的环形空间中。应理解，第一楔块离合器18和第二楔块离合器20可以具有相同或不同的设计。通过楔块30在内座圈构件14和外座圈构件16中的一个和另一个之间的楔入作用，将动力从内座圈构件14和外座圈构件16中的该一个传递到该另一个。每个楔块30是如此成形以至于内座圈构件14和外座圈构件16中的一个沿“驱动”方向（其是与第一楔块离合器18的驱动方向相反的旋转方向）的旋转引起楔块30倾斜到楔入位置，因此将扭矩全部从一个座圈传递到另一座圈。相反地，内座圈14和外座圈16中的该一个沿另一方向的旋转释放楔块30并准许内座圈14和外座圈16之间超越。
第一楔块离合器18和第二楔块离合器20在驱动状态和自由旋转状态下的操作是楔块离合器的典型特征。然而，第一楔块离合器18和第二楔块离合器20包括能够使离合器脱开的脱开机构，使得即使它们沿“驱动”方向旋转，它们也被阻止将扭矩从一个座圈传递到另一个座圈。特别地，第一楔块离合器18和第二楔块离合器20中的每一个包括在中空管状内座圈构件14中的多个窗口开口32。多个球34设置在所述多个窗口开口32中的相应一个中。所述多个球34在内侧上由柱塞36被支撑在窗口内，该柱塞具有接合所述多个球34的凸轮表面38。柱塞36沿第一轴向方向被弹簧40偏置，该弹簧在第一楔块离合器18和第二楔块离合器20中的每一个的柱塞36之间延伸。可以使用替代性设计，其中致动器将柱塞既移入接合位置中又移出接合位置。另外，第一楔块离合器18和第二楔块离合器20中的每一个的柱塞36可以互连，以便彼此同时移动。所述多个球34全部都抵靠可膨胀开口环42的内表面设置，该可膨胀开口环包围内座圈构件14。可膨胀开口环42可以由弹簧钢制成，并且可以包括重叠的对开端42a、42b，如图4中所示。柱塞36可以轴向地被按压，以使球沿着凸轮表面并相对于窗口开口径向向外且抵靠可膨胀开口环42安放。因此，可膨胀开口环42沿径向向外方向是可膨胀的，以接合楔块30并将楔块30支撑在脱开位置中，从而在楔块30和内座圈构件14之间产生间隙。因此，外座圈构件16沿驱动或自由旋转方向自由旋转，而楔块30不接合。柱塞36可以克服弹簧38的偏置力被按压，以通过致动器44使对应的离合器脱开，该致动器可以包括电磁致动器、气动致动器、液压致动器、机械致动器或其他已知类型的致动器。
参考图5，楔块30包括径向外支撑区域30a，该径向外支撑区域具有限定凸台30c的一对端凹部30b，该凸台抵靠激发环46设置，如图1中所示。激发环46可以将楔块朝向接合位置偏置。应理解，激发环可以采用替代形式并以不同的方式接合楔块。楔块30进一步包括接合内座圈构件14的内楔形表面30d。凹部30e设置在楔形表面30d中以用于将可膨胀环42接收在其中。
彼此相对的第一单向楔块离合器18和第二单向楔块离合器20可以安装到同一个旋转的座圈构件14、16，并且如果离合器18、20中的对应一个脱开，则座圈构件14、16可以沿任一方向相对于彼此旋转，如上文所描述的。
这种可脱开的离合器14、16可以通过将内力或外力施加到离合器的排成阵列的所有楔块30来使楔块30在原本标准的单向式楔块离合器中保持脱开。在离合器以前是严格的单向式的情况下，现在该离合器可以沿相反方向转动，而楔块没有像它们通常会在没有内力或外力的情况下那样重新接合（锁定）正如。
通过在同一驱动轴上组装两个楔块离合器（一个安装成沿一个方向操作，且另一个离合器安装成沿相反方向操作），就产生了锁定的驱动系统，因为两个离合器都使另一个的运动无效。为了沿任一方向开始运动，可以如上文所描述的那样将相反的离合器脱开以允许轴沿该方向转动。可以将离合器对调，以允许轴或驱动构件沿相反方向转动。两个离合器也可以被接合，以便允许轴沿任一方向自由地旋转。
主要的益处将是组装尺寸小、极具坚固性和耐久性（使用经验证的几十年前的旧技术）、简单、零件计数小（与变速器或后差速器相比）、瞬间锁定和低噪音。
前面的描述本质上仅仅是图示性的，并且决不旨在限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教导可以以各种形式实施。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应受到如此限制，因为在研究附图、说明书和以下权利要求时，其他修改将变得显而易见。应理解，方法内的一个或多个步骤可按不同次序（或同时）执行，而不更改本公开的原理。进一步地，虽然上文将实施例中的每一个描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在其他实施例中的任一个中实施和/或与其他实施例中的任一个的特征组合，即使该组合未明确描述。换句话说，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此的排列仍然在本公开的范围内。
元件之间（例如，模块、电路元件、半导体层等之间）的空间和功能关系使用各种术语来描述，包括“连接”、“接合”、“联接”、“相邻”、“紧邻”、“在……顶部上”、“上方”、“下方”和“设置”。除非明确地描述为“直接”，否则当在上面的公开中描述第一元件和第二元件之间的关系时，该关系可以是在第一元件和第二元件之间不存在其他介入元件的直接关系，但也可以是在第一元件和第二元件之间存在（空间上或功能上）一个或多个介入元件的间接关系。如本文中所使用的，短语A、B和C中的至少一个应被解释为意指使用非排他性逻辑OR的逻辑（A OR B OR C），并且不应被解释为意指“A中的至少一个、B中的至少一个、以及C中的至少一个”。
在附图中，如由箭头指示的箭头方向一般显示图示所关注的信息（诸如，数据或指令）的流动。例如，当元件A和元件B交换各种信息但是从元件A传输到元件B的信息与图示相关时，箭头可从元件A指向元件B。该单向箭头并不暗示没有其他信息从元件B传输到元件A。进一步地，对于从元件A发送到元件B的信息，元件B可向元件A发送针对信息的请求或接收确认。

Claims (10)

1.一种驱动系统，其包括：
内座圈构件；
外座圈构件；
第一可脱开的楔块离合器，其设置在所述内座圈构件和所述外座圈构件之间，所述第一可脱开的楔块离合器具有驱动方向和自由旋转方向；以及
第二可脱开的楔块离合器，其设置在所述内座圈构件和所述外座圈构件之间，所述第二可脱开的楔块离合器具有与所述第一可脱开的楔块离合器的所述驱动方向和所述自由旋转方向相反的驱动方向和自由旋转方向。
2.根据权利要求1所述的驱动系统，其中，所述第一可脱开的楔块离合器和所述第二可脱开的楔块离合器各自包括脱开机构以用于防止所述第一可脱开的楔块离合器和所述第二可脱开的楔块离合器沿驱动方向接合。
3.根据权利要求2所述的驱动系统，其中，所述脱开机构包括可膨胀环，所述可膨胀环接合相应的第一可脱开的楔块离合器和第二可脱开的楔块离合器的楔块并且当膨胀时防止所述楔块接合所述内座圈构件。
4.根据权利要求1所述的驱动系统，其中，所述第一可脱开的楔块离合器和所述第二可脱开的楔块离合器各自包括具有用于接合所述内座圈构件的楔形表面的多个楔块，并且所述多个楔块各自包括所述楔形表面内的凹部，其中，可膨胀环被接收在所述楔块中的每一个的凹部中。
5.一种楔块离合器，其包括：
内座圈构件；
外座圈构件；
被支撑在所述内座圈构件和所述外座圈构件之间的多个楔块，所述楔块中的每一个具有支撑区域和楔形表面，其中，凹部设置在所述楔形表面中；以及
环，其被接收在所述多个楔块中的每一个的所述凹部中。
6.根据权利要求5所述的楔块离合器，其中，所述环由弹簧钢制成。
7.根据权利要求5所述的楔块离合器，其中，所述环是开口环。
8.根据权利要求7所述的楔块离合器，其进一步包括用于防止所述多个楔块沿驱动方向接合的脱开机构。
9.根据权利要求8所述的楔块离合器，其中，所述脱开机构使所述环膨胀以防止所述楔块接合所述内座圈构件。
10.根据权利要求9所述的楔块离合器，其中，所述脱开机构包括柱塞，所述柱塞设置在所述内座圈构件的中空腔中并且具有凸轮表面，所述凸轮表面接合设置在所述内座圈构件中的相应的窗口开口内并且能够与所述环接合的多个球，其中，所述柱塞在所述内座圈构件内的移动使所述球从所述窗口开口径向向外延伸并使所述可膨胀环膨胀以使所述楔块与所述内座圈脱开。
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